Discussão de Resultados

I – Correlação da Técnica DTI com a IfRM

No planeamento cirúrgico uma das prioridades incide na tentativa de não lesar as vias piramidais e o córtex motor. Por este motivo, recorreu-se à Tractografia de Tensor de Difusão, uma vez que esta técnica permite a reconstrução dos feixes de substância branca, nomeadamente as vias piramidais. Com a aplicação deste procedimento espera-se melhorar o planeamento cirúrgico.

Perante a necessidade da aplicação da técnica Tractografia de Tensor de Difusão foram estudados os princípios físicos da obtenção de imagens de RM, incidindo particularmente na técnica de DTI.

Foi igualmente fundamental o fornecimento dos exames efectuados e previamente processados, nomeadamente os exames de IfRM, para compreensão e localização dos focos epilépticos. Foi também imprescindível o fornecimento dos exames de Imagem de Tensor de Difusão, para mapeamento das fibras de substância branca.

O objectivo inicial foi parcialmente alcançado. Foi estabelecido o método de ligação entre as fibras de substância branca e os focos de activação. Contudo os resultados não foram os esperados.

O programa MedINRIA apresentou recentemente a funcionalidade de efectuar o co-registo de imagens. O co-registo pode ser realizado utilizando diferentes algoritmos. Optou-se pelo algoritmo Manual Landmark based pelo facto de se proceder facilmente ao co-registo, para além de apresentar bons resultados (fig. 6.2).

Posteriormente utilizou-se a opção Activation Map to ROI (fig. 6.3 e 6.4), a fim de sobrepôr as activações à imagem DTI. Esta opção revelou-se de grande utilidade uma vez que associa, num programa apenas, imagens de duas técnicas distintas, utilizadas neste trabalho.

Os resultados obtidos, quanto às activações apresentadas (fig. 6.5 a) e b)), foram comparados com um estudo realizado anteriormente, efectuado num outro software (fig. 6.6). As características apresentadas, bem como a localização dos focos de activação representados, estavam de acordo com o esperado, concluindo que esta função do programa MedINRIA forneceu resultados consistentes e com qualidade.

Relativamente à visualização das fibras que intersectam os focos de activação, trata-se de uma tarefa extremamente útil para planeamento cirúrgico, uma vez que existe a necessidade de preservar intacto o maior número de fibras possível, para melhor recuperação do paciente. A representação das mesmas fornece informação preciosa quanto à sua localização e percurso. Contudo, o resultado obtido não foi o esperado devido ao número de fibras apresentado e ao comprimento das mesmas. Isto é, considerou-se que o número de fibras, bem como os respectivos comprimentos, eram insuficientes, não tendo sido obtida informação satisfatória acerca dos percursos das fibras. Verificou-se, portanto, que o estudo não foi conclusivo para o objectivo proposto (fig. 6.7 a) e fig. 6.8 a)).

Uma das conclusões a retirar destes resultados consiste no facto do software disponibilizado enfrentar algumas limitações na área do mapeamento das fibras. A partir das características das

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fibras observadas que intersectavam os focos, foi possível constatar ser impossível retratarem a anatomia de um cérebro humano real. Concluiu-se também que as imagens DTI não foram obtidas com os parâmetros adequados.

Visto que os resultados obtidos no mapeamento dos feixes não constituíam uma base sólida que permitisse conclusões suficientemente consistentes e, por forma a complementar este primeiro estudo, procedeu-se à sobreposição das regiões de activação ao mapa de FA colorido respectivo (fig. 6.7 b) e 6.8 b)). Este mapa, associado às fibras traçadas anteriormente, fornece uma percepção mais exacta dos feixes que atravessam as regiões de interesse e quais as suas direcções. Todavia, porque se trata de uma abordagem a duas dimensões e não a três dimensões (como era previsto), trata-se de um método mais grosseiro, pelo que o estudo nunca poderia ser tão completo quanto o desejado. Concluindo, os objectivos deste primeiro estudo não puderam ser inteiramente cumpridos pelas razões acima assinaladas.

Como não foi possível obter os resultados esperados, os objectivos deste trabalho foram modificados.

O segundo objectivo traçado consistia na averiguação dos motivos que levaram à aquisição de tais resultados, podendo também contribuir para uma optimização na definição dos parâmetros inerentes às aquisições das imagens, através da atenuação ou até eliminação das falhas encontradas.

Por forma a cumprir este segundo objectivo, foram feitos alguns estudos. A saber:

 foram analisados os programas utilizados, no intuito de avaliar o seu desempenho, e para posterior verificação da fiabilidade dos dados obtidos.

Analisando os resultados obtidos para a primeira experiência (paciente), constatou-se que o problema não poderia consistir apenas no desempenho dos programas, uma vez que os vários resultados se caracterizaram por serem bastante semelhantes;

 pela razão referida acima, decidiu-se pela realização de novas experiências: foram variados alguns parâmetros de aquisição das imagens e examinadas as imagens resultantes, por forma a concluir acerca dos parâmetros mais adequados e adaptados, consoante o estudo pretendido e para o equipamento utilizado.

Visto não ter sido possível repetir os exames ao paciente primeiramente apresentado, foram efectuados exames de RM no voluntário.

As conclusões retiradas têm o intuito de comparar as vantagens e desvantagens que cada programa apresenta e qual o mais indicado para desempenhar determinada tarefa. Este trabalho tem, também, a função de determinar quais os parâmetros mais apropriados, bem como a direcção de aquisição a aplicar, dependendo do estudo pretendido, para o equipamento utilizado na Clínica de Ressonância de Caselas.

Este estudo foi realizado por meio do isolamento das fibras que fazem parte da constituição das vias piramidais. Devido às características das imagens processadas, houve, igualmente, a possibilidade de estudar o isolamento das fibras com que o corpo caloso é formado. As conclusões retiradas através da comparação dos resultados obtidos serão descritas em seguida.

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II – Mapeamento das Vias Piramidais

A primeira abordagem feita ao problema foi realizada, avaliando o desempenho dos programas MedINRIA, Diffusion Toolkit e FuncTool Diffusion Tensor, através da tentativa de isolamento das vias piramidais. A avaliação, relativamente aos resultados obtidos nos vários programas, foi feita por meio de comparação dos resultados, mediante condições semelhantes, ou seja, utilizando os mesmos exames e, quando possível, definindo os mesmos valores para algumas variáveis (tais como, o comprimento mínimo das fibras, o limiar de anisotropia fraccional, o ângulo entre dois vectores principais sucessivos e mesmo a dimensão e forma das regiões de interesse definidas). Foram, também, utilizados diferentes algoritmos a fim de verificar quais as alterações na reconstrução das fibras apresentadas.

O estudo começou por ser feito utilizando os exames do paciente (1ª experiência). Primeiramente, foi utilizado o programa MedINRIA.

Procedeu-se à delimitação das regiões, vermelha e verde (fig. 6.9 a)), situadas respectivamente no tronco cerebral, abrangendo o orifício occipital, e na zona cortical. Verificou-se não existirem fibras, calculadas pelo programa, que atravessassem estas duas zonas em comum. Concluiu-se, assim, ter ocorrido algum erro no cálculo das fibras ou na aquisição das imagens, uma vez que a informação dada por este programa não é anatomicamente verdadeira. Foi também calculado e apresentado o mapa de FA colorido (fig. 6.9 b) e c)), verificando-se não existir nenhum feixe azul que procedesse à ligação entre o tronco cerebral e a zona cortical.

Considerando os resultados absurdos e incorrectos, tendo em conta a anatomia do cérebro, estudou-se a continuidade das vias piramidais neste paciente, como já foi explicado anteriormente.

Os testes foram efectuados nos três programas anteriormente referidos, para posterior comparação de resultados.

1ª experiência (paciente):

As imagens foram adquiridas axialmente com voxeis anisotrópicos, com as seguintes dimensões: (2,1875 x 2,1875 x 5) mm.

Começou-se por estudar o mapeamento das fibras que intersectavam a região de interesse delineada no tronco cerebral. Todas as experiências efectuadas no MedINRIA, com um mesmo valor de FA e variando apenas o ML, revelaram um “corte”, ou descontinuidade, nas fibras apresentadas, não permitindo que as mesmas se estendessem até ao córtex (fig. 6.10 a), b) e c)). O programa Diffusion Toolkit, apesar dos vários algoritmos disponibilizados, apresentou imagens bastante semelhantes, no que diz respeito à continuidade das fibras, representando resultados pouco aceitáveis (fig. 6.11 a), b), c) e d)). Isto porque, anatomicamente a representação das fibras tem início no córtex e vão descendo, atravessando o tronco cerebral até alcançarem a medula espinal. Nesta primeira experiência, apenas o programa FuncTool Diffusion Tensor apresentou resultados mais satisfatórios e reais (fig. 6.12 b) e c)). Todavia, os últimos não foram considerados inteiramente aceitáveis já que era esperado um feixe mais denso, não se limitando a uma representação de duas fibras.

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Concluiu-se que os resultados obtidos não corresponderam às expectativas, uma vez não ter sido possível a representação da via piramidal, na íntegra, em nenhum dos programas. Tornou-se, desta forma, necessário aprofundar um pouco mais este estudo e fazer novas experiências.

Numa segunda análise, como já foi referido, foram, também, comparados os resultados obtidos para o voluntário e para cada aquisição (ou seja, com parâmetros de aquisição diferentes) a fim de avaliar e poder concluir acerca dos parâmetros mais adequados ao estudo a realizar, para o equipamento utilizado.

É importante assinalar e justificar antecipadamente que os testes efectuados no software Diffusion Toolkit não revelaram qualquer informação nova e reveladora que não tenha sido adquirida anteriormente. Aliás, a informação processada e os resultados obtidos neste programa e no MedINRIA são bastante idênticos. Desta forma, as imagens processadas neste programa, referentes ao voluntário, não constam no Capítulo 6 nem serão discutidas.

2ª experiência (voluntário):

As imagens foram adquiridas axialmente com voxeis anisotrópicos, com as seguintes dimensões: (1,875 x 1,875 x 4) mm.

As imagens DTI utilizadas nesta experiência correspondem a imagens adquiridas com voxeis de dimensões ligeiramente diferentes, relativamente às utilizadas nas imagens da 1ª experiência.

Inicialmente, ao processar os dados desta 2ª experiência, os resultados aparentavam estar mais de acordo com a realidade, já que no programa MedINRIA as fibras se exibem mais compridas e com um maior alcance no cérebro, sendo que algumas, inclusivé, alcançam a região cortical (fig. 6.13 a) e b)). O mapa de FA é, também, representado, verificando-se a existência de feixes verticais, através da coloração dos mesmos (direcção vertical, sentido inferior-superior, a azul) (fig. 6.13 c)). Através da neuroanatomia, é possível afirmar denotar-se uma semelhança bastante evidente entre os feixes azuis do mapa de FA e as vias piramidais. Pode-se, desta forma, constatar a ocorrência de qualquer erro no cálculo das fibras, uma vez que a sua reconstrução nos programas de imagem médica é baseada na anisotropia fraccional, logo nos mapas de FA, e as fibras reconstruídas não acompanham todo o percurso dos feixes desenhados nos mapas de FA.

Quanto ao FuncTool Diffusion Tensor, os resultados aparentam estar bastante mais próximos da realidade, caracterizando o trajecto das fibras de uma maior uniformidade e continuidade (fig. 6.14 d), e) e f)). Nestas imagens, proporcionadas por este último software, foi possível verificar o trajecto das fibras constituintes das vias piramidais, isto é, confirmou-se que as fibras têm início no córtex, atravessando a cápsula interna, o mesencéfalo, passam pela protuberância e pelo bulbo raquidiano em direcção à medula espinal. Nesta experiência foi feito o processo inverso, ou seja, as fibras foram construídas a partir da zona de interesse delineada na região do bulbo raquidiano, atravessando a ponte, o mesencéfalo, seguindo pela cápsula interna até alcançarem a zona cortical, o que de maneira alguma invalida o estudo. Foi adoptado este método por uma questão de rigor e de simplicidade. As fibras apresentadas abrangem uma zona ampla da área cortical.

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3ª experiência (voluntário):

As imagens foram adquiridas axialmente com voxeis isotrópicos, com as seguintes dimensões: (2,03 x 2,03 x 2) mm.

Através do processamento efectuado pelos programas, MedINRIA e FuncTool Diffusion Tensor e visualização das imagens (fig. 6.15 a) e b) e 6.16 a) e b)), pôde-se concluir que o número de fibras calculadas é superior. Para além dessa constatação foi possível concluir, também, que a definição da imagem é francamente melhor, quando comparada com as imagens anteriormente processadas por este software, as quais possuiam diferentes parâmetros de aquisição.

No entanto, as dimensões definidas para os voxeis não permitem que se realize o estudo pretendido, já que o volume visualizado não é suficientemente grande para abranger todo o cérebro. Para além disso, o facto dos voxeis terem sido definidos para uma dimensão menor induz a um menor sinal e, consequentemente, a razão sinal-ruído (RSR) é menor, quando comparada com a RSR para voxeis de maior dimensão. Desta forma, o ruído existente nesta aquisição, para os parâmetros definidos, será proporcionalmente maior ao ruído existente nas aquisições anteriores, para voxeis de maior dimensão, revelando-se uma desvantagem. O aumento do ruído verificou-se, principalmente, aquando do mapeamento das fibras, as quais se apresentavam mais desorganizadas.

4ª experiência (voluntário):

As imagens foram adquiridas axialmente com voxeis isotrópicos, com as seguintes dimensões: (4,06 x 4,06 x 4) mm.

Com esta experiência o enovelado de feixes verificado nas experiências anteriores deu lugar a feixes com maior definição, isto é, tornou-se um pouco mais fácil entender o início e o final de cada feixe de fibras. Esta característica das fibras pode ser justificada através da menor proporção de ruído (uma vez que os voxeis foram definidos para possuirem um volume maior, logo um sinal maior), relativamente aos voxeis constituintes das imagens das experiências anteriores, provocando um aumento do valor de RSR.

Os resultados obtidos nos vários programas foram bastante distintos. No primeiro (MedINRIA) as fibras apresentavam uma notória descontinuidade, sensivelmente na zona do mesencéfalo (fig. 6.17 a), b) e c)). Posteriormente foi calculado e apresentado o respectivo mapa de FA com as direcções dos feixes de fibras representadas, tornando-se possível identificar o feixe que corresponde às vias piramidais (feixe vertical e simétrico de coloração azul) (fig. 6.17 d)). Comparando o mapa de FA com as fibras reconstruídas, a informação é relativamente coincidente, já que o feixe de fibras termina quando o feixe azul do mapa de FA se desvanece. Todavia, o feixe azul do mapa de FA reaparece. A descontinuidade existente no mapa torna legítima a descontinuidade das fibras estudadas. No entanto, a mesma não é compreensível uma vez que vai contra a informação anatómica existente acerca da constituição e forma dos feixes das vias piramidais.

Mais uma vez o desempenho do software FuncTool Diffusion Tensor foi bastante superior aos dos restantes, nesta experiência.

Quanto às fibras obtidas a partir do processamento feito neste software, estas detinham determinadas características, bastante coincidentes às das próprias fibras das vias piramidais. Apesar de se tratar de feixes menos densos que o que seria de esperar, as características quanto à forma e localização correspondem às das vias piramidais, ocupando uma área relativamente alargada da região cortical. Com a alteração das dimensões dos voxeis, a imagem tornou-se mais esbatida e com

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menor resolução, mas o percurso das fibras apresentadas aparentavam uma maior definição, com menor nível de ruído.

5ª experiência (voluntário):

As imagens foram adquiridas coronalmente com voxeis isotrópicos, com as seguintes dimensões: (4,06 x 4,06 x 4) mm.

A imagem foi obtida com voxeis de igual dimensão relativamente à experiência anterior, pelo que a imagem é caracterizada por ter uma definição semelhante à da imagem da experiência anterior, ou seja, existe pouco contraste entre os diferentes tecidos e uma baixa resolução da imagem.

Quanto aos resultados referentes às fibras obtidas, os resultados obtidos pelos diferentes programas são completamente díspares. Ou melhor, os resultados obtidos no MedINRIA (fig. 6. 19 a) e b)) e no Diffusion Toolkit são bastante semelhantes, mas não são considerados válidos, uma vez que as fibras apresentadas não correspondem à realidade, algumas encontram-se deslocadas para o exterior, e outras apresentam-se num emaranhado de fibras que comparando com a anatomia, as fibras reconstruídas não aparentam ser verdadeiras, como é possível verificar nas figuras correspondentes (fig. 6.19 a) e b)).

Pelo contrário, analisando os resultados obtidos a partir do programa FuncTool Diffusion Tensor é possível constatar o seguinte: os feixes apresentam uma maior extensão, desde a medula espinal, atravessando o orifício occipital até à zona cortical, para além de se verificar uma boa definição e continuidade dos mesmos (fig. 6.20 e), f), g) e h)). Por lapso e porque o modo de marcar as regiões é bastante diferente (tornando a identificação de determinadas zonas cerebrais menos óbvia), as mesmas abrangeram um volume menor relativamente aos volumes marcados nas experiências anteriores (fig 6.20 a), b), c) e d)). Tal procedimento justifica o número bastante inferior de fibras representadas.

No entanto, o facto do exame ser adquirido coronalmente possibilita a extensão do mapeamento das fibras para além do tronco cerebral, sendo incluída a medula espinal.

A discrepância existente entre os vários resultados obtidos, nos vários programas, leva à seguinte conclusão: a direcção dos gradientes difere com a direcção de aquisição dos exames. Isto é, o próprio fabricante do equipamento, onde são realizados os exames DTI, fornece a informação necessária acerca dos gradientes utilizados, para cada exame efectuado. O programa FuncTool Diffusion Tensor encontra-se instalado na workstation da clínica onde são adquiridos os exames, e para proceder ao processamento das imagens, neste software, não é necessária a introdução de parâmetros, tendo acesso directo e automático a toda essa informação (inclusivé ao ficheiro de gradientes correcto).

No que diz respeito aos restantes programas utilizados, é necessária a introdução de alguns dados. Uma vez que qualquer utilizador apenas tem acesso a um ficheiro de gradientes (possivelmente, o adequado, apenas, aos exames adquiridos axialmente), os resultados obtidos a partir do processamento das fibras, relativos a exames adquiridos noutras direcções, não são considerados válidos.

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Os estudos processados no MedINRIA, foram sempre iniciados com um determinado valor mínimo para a anisotropia fraccional, entre 0,2 e 0,255, para que não ocorressem grandes variações. Aquando da utilização do software Diffusion Toolkit, foi apenas variado o comprimento mínimo das fibras, estando o respectivo valor devidamente assinalado. Para o terceiro software, FuncTool Diffusion Tensor, não foi possível variar qualquer valor.

Para as experiências 1, 2 e 4, processadas com o software MedINRIA, uma vez visualizada uma descontinuidade das fibras na zona no tronco cerebral, o mapa de anisotropia fraccional calculado veio fornecer informação mais detalhada. Este proporcionou informação acerca da direcção e localização dos feixes de fibras existentes no cérebro, informação que não se conseguiu obter apenas através da Tractografia de fibras.

Diferenças entre resultados obtidos para paciente ou voluntário:

Em primeira análise, foi possível verificar que as imagens relativas aos exames do paciente permitem obter resultados menos consistentes que os relativos a qualquer exame efectuado ao voluntário. Um motivo plausível para esta diferença, que se revelou bastante notória, poderá estar relacionado com o facto do exame ter sido efectuado a um voluntário e não a um paciente. Com efeito, se forem comparados os resultados desta primeira experiência com qualquer outra experiência realizada, esta é a única em que são utilizados os resultados do paciente, sendo os seus resultados os menos satisfatórios quanto à densidade e arquitectura dos feixes de fibras. Um colaborador tem interesse directo na investigação, mantendo-se muito quieto, enquanto que o paciente tem tendência a mexer-se mais, o que pode piorar bastante a qualidade das imagens, por isso, os resultados obtidos são frequentemente melhores nos colaboradores.

Ainda que não se trate do mesmo exame, pelas razões atrás explanadas, os parâmetros definidos para a primeira e segunda experiência são sensivelmente os mesmos, embora na segunda os voxeis sejam menos anisotrópicos. Por esta razão, são seguidamente comparados os respectivos resultados. Tanto os resultados adquiridos por meio de processamento através do MedINRIA como através do FuncTool Diffusion Tensor, relativos à segunda experiência, são indubitavelmente mais reais que os relativos à primeira. Porém, o processamento feito pelo software FuncTool Diffusion Tensor revelou-se de maior qualidade, relativamente aos resultados do paciente bem como aos do voluntário.

Os progressos apreciados residem no facto de algumas fibras que atravessam a região de interesse marcada, ou seja, passam pelo tronco cerebral, alcançarem o córtex, podendo-se concluir que estes resultados se encontram mais próximos da realidade.

Esta melhoria pode dever-se ao facto do exame ter sido efectuado a um voluntário e não a um paciente, como foi explicado atrás. Poder-se-à, também, apontar o facto dos voxeis da segunda experiência serem menos anisotrópicos, caso que será explicado um pouco mais adiante.

Em seguida serão analisadas e comparadas as várias imagens, relativas ao mesmo indivíduo (voluntário), mas com parâmetros de aquisição diferentes. A partir das imagens obtidas foram feitos dois estudos distintos: Isolamento das Vias Piramidais e Isolamento do Corpo Caloso.

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Anisotropia dos voxeis:

As diferenças entre os dois tipos de voxeis, quanto à forma e volume, constituintes das imagens de cada exame efectuado, serão seguidamente explanadas.

Um determinado voxel poderá ser caracterizado como anisotrópico ou isotrópico, dependendo se se trata de um volume paralelepipédico ou cúbico, respectivamente.